KLIMATIZACIJA Tema: - SUSTAVI VENTILACIJE Doc.dr.sc. Igor BALEN
Zašto ventilirati? Glavne potrebe: 1. Dovođenje vanjskog zraka (kisika) u zatvoreni unutarnji prostor, 2. Razrjeđivanje koncentracije zagađivača u zraku dobava vanjskog zraka može ovisiti o koncentraciji zagađivača ranije MAK (njem. Maximale Arbeitsplatz Konzentration) danas AGW (njem. Arbeitsplatzgrenzwert) (nastali CO 2 pri disanju, duhanski dim, miris znoja, tehnološka isparenja...), 3. Uklanjanje zagađivača iz prostora (parkirne garaže, cestovni tuneli, laboratoriji, radionice...), 4. Uklanjanje topline i vlage iz prostora (zatvoreni bazeni, kuhinje...), 5. Uspostavljanje željene razdiobe zraka unutar prostora.
Osnovni zahtjevi kod projektiranja sustava ventilacije (a) zrak u prostoru treba biti čist bez mirisa, prašine i ostalih nečistoća (b) temperatura i relativna vlažnost u unutarnjem prostoru trebaju zadovoljavati proračunske uvjete prema namjeni i aktivnostima u prostoru (c) dobavna struja zraka mora sadržavati udio vanjskog zraka Osnovni pojmovi Osjetna toplina Latentna toplina Q S = V KL ρc p (t i -t UB ) Q L = V KL ρr 0 (x i -x UB ) - promjena temperature - promjena vlažnosti Proračun toplinskog opterećenja kod grijanja DIN 4701, EN 12 831,... Proračun toplinskog opterećenja kod hlađenja CLTD/SCL/CLF, RTS, TETD/TA, TFM,...
Infiltracija i ventilacija razlike? INFILTRACIJA dotok vanjskog zraka u zgradu kroz zazore i ostale nenamjerne otvore, te kroz vanjska vrata pri ulaženju i izlaženju iz zgrade propuštanje. VENTILACIJA namjerno dovođenje određene količine vanjskog zraka u zgradu kroz projektirane otvore namjera regulirane distribucije zraka. Broj izmjena zraka - govori o količini zraka koja ventilacijom ulazi u zgradu (izmjenjeni zrak unutar volumena zgrade tijekom jednog sata) Stanje ACH [h -1 ] Zatvoreni prozori i vrata 0-0,5 (infiltracija) Prozor otvoren na kiper 0,3-1,5 Napola otvoren prozor 5-10 Širom otvoren prozor 10-15 Otvoreni prozori i vrata do 40 na suprotnim zidovima
Podjela sustava ventilacije prema načinu strujanja 1. Prirodna ventilacija 2. Prisilna (mehanička) ventilacija OBAVEZNA DOBAVA VANJSKOG ZRAKA! - sustav bez dobave vanjskog zraka recirkulirajući sustav nije sustav ventilacije! Ventilacija u prirodi Termitnjak
Prirodna ventilacija - pokretana prirodno i/ili umjetno dobivenim razlikama tlaka bez ventilatora. Prednosti: - mali investicijski troškovi - jednostavno održavanje - jeftina pogonska energija - mala brzina strujanja zraka i niska razina buke ugodnost Nedostaci: - slaba učinkovitost - slaba mogućnost upravljanja - ovisnost o vremenskim uvjetima Pogonska sila: - energija vjetra -efekt dimnjaka Gore spomenute pogonske sile mogu djelovati zasebno ili zajedno.
Energija vjetra - strujanje zraka kroz ulazne ventilacijske otvore uzrokovano vjetrom usljed pretvorbe dinamičkog tlaka vjetra u statički tlak - na strani zgrade izloženoj vjetru postoji pozitivna razlika tlaka između unutarnjeg i vanjskog prostora, a negativna razlika tlaka je na strani koja je u zavjetrini izaziva ulaz zraka u zgradu Nacrt Zone pretlaka i potlaka Tlocrt Zone pretlaka i potlaka Negativni tlak na ravnom krovu
Energija vjetra - ulazi zraka bi trebali biti usmjereni direktno u smjeru prevladavajućeg vjetra - povoljni smještaj izlaza: (1) na strani zgrade u zavjetrini, točno nasuprot ulazima (2) na krovu, u području potlaka izazvanog diskontinuitetom u strujanju vjetra (3) na bočnim stranama gdje se pojavljuju zone potlaka (4) u tavanskom prostoru na strani u zavjetrini (5) putem dimnjaka (6) preko krovnih ventilatora Strujanje vjetra kroz zgradu usljed vjetra: pri otvorenim prozorima na strani izloženoj vjetru i u zavjetrini pri otv. prozorima na strani izloženoj vjetru i bočnim stranama pri otvorenim prozorima na strani u zavjetrini i bočnim stranama (slaba ventilacija budući su svi prozori u potlaku)
Efekt dimnjaka - strujanje zraka kroz zgradu izazvano razlikom temperatura između unutrašnjosti i vanjskog okoliša (gustoća toplijeg zraka je manja pa on struji prema gore) - kada je unutrašnji zrak topliji od vanjskog, donji dio zgrade je u potlaku, a gornji u pretlaku prema okolišu - raspoloživi tlak: Δp Δ UZG p KAN ( ρo ρi ) gh Rl + Z Intenzitet izlaženja zraka se povećava s visinom Ravnina neutralnog tlaka Topli zrak se diže Intenzitet infiltracije se povećava s dubinom
Visina dimnjaka - područje recirkulacije strujanja i udaljenost između ispuha i usisa USIS 1:5 LINIJA KOJA OZNAČAVA ZONU RECIRKULACIJE USIS
Visina i položaj dimnjaka - rizik recirkulacije istrošenog zraka Odsisni kanal Istrošeni zrak Uređaji za dobavu vanjskog zraka u građevinu Ulaz istrošenog zraka
Visina dimnjaka - potrebna visina dimnjaka da bi se izbjegla kontaminacija SLOBODNO STRUJANJE PODRUČJE RECIRKULACIJE NA KROVU PODRUČJE JAKIH TURBULENCIJA GRANICA BRAZDE KROVA PODRUČJE RECIRKULACIJE USLJED UTJECAJA OBLIKA ZGRADE
Visina dimnjaka - potrebna visina dimnjaka da bi se izbjegla kontaminacija proračun: H = 0.22 R X = 0.5 R c L = 0.9 R L = 1.0 R c c r 0.67 0.3 s L where : R = B B - granica brazde krova gornja granica Z 3 : Z = 1/ 3 3 / R 0.28( X / R) H c visina područja recirkulacije [m] R razmjerna duljina zgrade [m] X c položaj [m] B s manja dimenzija vjetru izložene strane L c duljina recirkulacijske zone [m] (visina ili širina) [m] L r duljina recirkulacijske B L veća dimenzija vjetru izložene strane [m] šupljine [m] X udaljenost od vjetru izloženog ruba krova na kojem se stvara zona recirkulacije [m]
Prirodna ventilacija uzrokovana kombiniranim pogonskim mehanizmima - npr. hibridni sustavi ventilacije kombinacija prirodne i mehaničke ventilacije - primjer ventilacija okomitim kanalom u vrućem ljetnom danu bez vjetra - ventilator u kanalu radi povremeno Šupljine u stropnim pločama Kroz prozore u okomiti kanal
Prirodna ventilacija uzrokovana kombiniranim pogonskim mehanizmima - primjer poprečna ventilacija u vjetrovitom ljetnom danu
Mehanička ventilacija - prisilno strujanje zraka usljed rada ventilatora Prednosti: - ne ovisi o vremenskim uvjetima - velik izbor opreme - dobra mogućnost regulacije - pojednostavljen proces projektiranja sustava Nedostaci: - veliki investicijski troškovi - velika potrošnja energije - recirkulacija zraka - problem buke
Mehanička ventilacija 1. Tlačna ventilacija prostor u pretlaku - soba -učionica 2. Odsisna ventilacija prostor u podtlaku - kuhinja - toalet - kupaonica 3. Tlačna i odsisna ventilacija - komforna ventilacija - industrijska ventilacija Tlačni sustav Odsisni sustav Uravnoteženi sustav
Mehanička ventilacija 1. Tlačna ventilacija unutarnji tlak je viši od vanjskog tlaka p i > p o
Mehanička ventilacija 2. Odsisna ventilacija unutarnji tlak je niži od vanjskog tlaka p i < p o
Mehanička ventilacija 3. Tlačna i odsisna ventilacija unutarnji tlak može biti viši, jednak ili niži od vanjskog tlaka, ovisno o protocima na tlačnoj i odsisnoj strani
Mehanička ventilacija Podjela prema mjestu pripreme zraka: 1. Sustav centralne ventilacije - priprema zraka vrši se na jednoj centralnoj lokaciji, a zatim se zrak distribuira u prostore 2. Decentralizirani (lokalni) sustav ventilacije - priprema zraka vrši se za svaki prostor/zonu zasebno Sustav centralne ventilacije
Mehanička ventilacija osnovni elementi sustava centralne ventilacije REGULATOR PROTOKA ODSISNI KANAL DISTRIBUTER TLAČNI KANAL USIS VANJ. ZRAKA VENT. ODSISNA REŠETKA
Mehanička ventilacija sustav centralne ventilacije za stambene prostore s povratom topline ISPUH U OKOLIŠ ULAZ VANJSKOG ZRAKA ODSIS IZ KUPAONE ODSIS IZ KUHINJE DOBAVA VENT. JEDINICA S POVRATOM TOPLINE DOBAVA DOBAVA ODSIS ISTROŠENI ZRAK ZA ODSIS REGULACIJA BRZINE VENTILATOR ZAGRIJANI VANJSKI ZRAK ZA DOBAVU ELEKTRIČNI KABEL IZMJENJIVAČ TOPLINE SVJEŽI HLADNI VANJSKI ZRAK USTAJALI TOPLI POVRATNI ZRAK ZAŠTITA OD SMRZ- AVANJA
Decentralizirani sustav ventilacije otvoreno uključeno otvoreno Zatvorena premosnica zatvoreno uključeno
Empirijski broj izmjena zraka po satu za različite vrste prostora Vrsta prostora ACH [h -1 ] Ured 3...6 Knjižnica 3...5 Restoran 6...8 Dućan 4...8 Kazalište, kino dvorana 4...6 Lakirnica 20...50 Operacijska dvorana 15...20 Skladište 4...6 Garderoba 3...6 Zatvoreni bazen 3...6 Laboratorij 8...15 Konferencijska dvorana 5...10
Osnovni principi distribucije zraka u prostoriji Sustav s miješajućim strujanjem povlačenje struje zraka u prostoriji Tangencijalno Prednosti: - pogodno za grijanje i hlađenje - efekt indukcije omogućuje veći Δt UB - jednolika razdioba temperature - prilagodljivo glede smještaja istrujnih otvora Difuzno Nedostaci: -veća potrošnja energije za hlađenje - mogućnost pojave propuha treba voditi računa o brzinama strujanja zraka u zoni boravka
Osnovni principi distribucije zraka u prostoriji Sustav s poprečnim strujanjem - potiskivanje zraka iz prostorije Prednosti: -učinkovita ventilacija - manja potrošnja energije za hlađenje - pogodno za hlađenje visokih prostora - mala brzina strujanja u zoni boravka Poprečno strujanje Nedostaci: - veliki volumen zraka u cirkulaciji - smanjenje upotrebljive površine poda - velik gradijent temperature po visini - nepovoljno za veće kapacitete grijanja
Osnovni principi distribucije zraka u prostoriji Površinski mlaz (Coanda efekt) zrak struji držeći se površine linijski difuzor dobavni kanal dobavni zrak zrak u prostoru - pogodno u situacijama kada nije poželjan prebrz ulaz hladnog zraka u zonu boravka
Osnovni principi distribucije zraka u prostoriji - sustav ventilacije s poprečnim strujanjem u uredima dobava zraka kroz pod, odsis kroz spušteni strop Poprečna ventilacija
Osnovni principi distribucije zraka u prostoriji - sustav ventilacije s poprečnim strujanjem dobava zraka pri podu iz zidnog distributera, odsis pri stropu
Osnovni principi distribucije zraka u prostoriji - sustav ventilacije s poprečnim strujanjem osnovni tipovi distributera Ravni zidni Kutni Okrugli slobodni Podni
Osnovni principi distribucije zraka u prostoriji - sustav ventilacije s poprečnim strujanjem nije pogodan za dovođenje zraka povišene temperature u svrhu grijanja s većim toplinskim učinkom - preporučuje se pokrivanje transmisijskih gubitaka zasebnim sustavom grijanja
Osnovni principi distribucije zraka u prostoriji - sustav ventilacije s poprečnim strujanjem gradijent temperature po visini za prostore do 3 m je 1-2 C, a za visoke prostore 3-4 C Poprečno strujanje Miješajuće strujanje Strop Visina [m] Pod Temperatura
Osnovni principi distribucije zraka u prostoriji - lokalni sustavi ventilacije za industrijsko okruženje A. ZRAČNI TUŠEVI B. ZRAČNE OAZE S HORIZONTALNOM DOBAVOM ZRAKA C. ZRAČNE OAZE S VERTIKALNOM DOBAVOM ZRAKA
Osnovni principi distribucije zraka u prostoriji - lokalni sustavi odsisa ODSISNA HAUBA ISPARENJA ODSISNI PROTOK DOVODNI PLENUM SPREMNIK SA ZAGAĐIVAČEM DOBAVNI PROTOK ODSIS ODSIS
Osnovni principi distribucije zraka u prostoriji - lokalni sustavi odsisa Biološki kabinet Kuhinjska napa NACRT BOKOCRT KLASA I POJEDINAČNO NATKRIVANJE
Osnovni principi distribucije zraka u prostoriji - mogući položaj otvora za prestrujavanje zraka kod odsisne ventilacije
Preporuke za smještaj vanjskih ulaznih/izlaznih otvora preporučeno min. ugao zgrade preporučeno min. ugao zgrade preporučeno min. preporučeno min. Vertikalni razmaci između ulaznih i izlaznih otvora Horizontalni razmaci između ulaznih i izlaznih otvora
Mehanički sustavi ventilacije - oprema
Pročišćavanje zraka - filter dio opreme koji uklanja čestice zagađivača iz ventilacijskog zraka. - povećava razinu ugodnosti, ali povećava i troškove pogona i održavanja sustava. - smještanje filtera u klima jedinicu ne samo pročišćavanje zraka, nego i zaštita ostalih uređaja od nakupljanja nečistoća; za posebne prostorije s najvišim standardima čistoće zraka (operacijske dvorane, laboratoriji, čisti prostori, proizvodnja elektronike...) zadnji stupanj filtracije se smješta na ulazu zraka u prostoriju. - zadržavanje čestica 0,1-500μm - tri važne osobine: 1. visoka efikasnost sposobnost uklanjanja čestica iz struje zraka 2. veliki kapacitet zadržavanja prašine određena količina prašine koju filter zraka može zadržati u pogonu 3. mali otpor strujanju zraka pad statičkog tlaka na filteru
Pročišćavanje zraka - osnovna podjela filtera prema EUROVENT, EN779, EN1822: 1. Grubi filter predfilter (Eurovent klasa EU1...EU4) 2. Fini filter drugi stupanj filtracije (Eurovent klasa EU5...EU9) 3. Apsolutni (HEPA/ULPA) filter završni stupanj filtracije (Eurovent klasa EU10...EU17) Grubi filter zadržavanje krupne prašine (čestice većeg promjera) koristi se kao predfilter ili u prostorima s manjim zahtjevima za čistoćom zraka.
Pročišćavanje zraka Fini filter zadržavanje fine prašine (čestice manjeg promjera) koristi se kao drugi stupanj filtracije, smješta se u struji zraka iza grubog filtera, čest je u komfornoj ventilaciji i klimatizaciji. - apsorpcijski filteri uklanjanje mirisa
Pročišćavanje zraka Apsolutni (HEPA/ULPA) filter zadržavanje najfinije prašine (lebdeće čestice vrlo malog promjera) završni stupanj filtracije, smješta se u struji zraka iza finog filtera, najčešće na ulazu zraka u prostoriju. - koristi se samo u prostorima s najvišim standardima čistoće zraka.
Povrat topline - sustavi povrata topline omogućuju djelomični povrat toplinske energije sadržane u istrošenom zraku. - povrat topline zrak-zrak smanjuje entalpiju dobavne struje zraka tijekom toplog vremena, a povećava ju tijekom hladnog vremena prijenosom topline između struja dobavnog i istrošenog ventilacijskog zraka. 1. Uređaji za povrat osjetne topline promjena temperature 2. Uređaji za povrat ukupne topline promjena temperature i vlage Ocjena učinkovitosti: - stupanj povrata topline F povrat osjetne topline - stupanj povrata vlage Y povrat latentne topline (povrat vlage) - pad tlaka Dp 22 IZLAZ DOBAVNOG ZRAKA 21 ULAZ DOBAVNOG ZRAKA - povrat se najčešće određuje na strani dobavnog zraka: Φ 2 = t t 22 11 t t 21 21 Ψ 2 = x x 22 11 x x 21 21 t 22 x 22 t 21 x 21 UREĐAJ ZA POVRAT TOPLINE t 11 x 11 t 12 x 12 11 ULAZ ISTROŠENOG ZRAKA 12 IZLAZ ISTROŠENOG ZRAKA
1. Povrat osjetne topline Pločasti izmjenjivač Kružni cirkulacijski sustav Izmjenjivač s toplinskim cijevima 2. Povrat ukupne topline Rotirajući regenerator Akumulacijske ploče
Distribucija zraka - ventilator uređaj za dobavu i odsis ventilacijskog zraka - tlak ventilatora: Δp VENT = Δp STAT + Δp DIN Δp INT + Δp EXT -električna energija potrebna za pogon ventilatora: V& KLΔpVENT PEL = η η η η VENT TRANSM MOT REG η TOT - zagrijavanje struje zraka usljed rada ventilatora: Δt = Δp ρ c η VENT p TOT 0,3-0,8
Distribucija zraka - ventilatori osnovni tipovi CENTRIFUGALNI (RADIJALNI) VENTILATOR AKSIJALNI VENTILATOR KANALSKI VENTILATORI
Distribucija zraka RUBNIK POVRŠINA MLAZA POVRŠINA OTVORA ISTRUJNI KANAL za w 13m / s : 25% L e = A o 350 SPOJ USISA POVRŠINA MLAZA KUĆIŠTE CENTRIFUGALNOG VENTILATORA 50% 75% 100% EFEKTIVNE DULJINE KANALA za L e w = > 13m / w A o 4500 s : KUĆIŠTE AKSIJALNOG VENTILATORA
Distribucija zraka - dijagram karakteristike ventilatora
Distribucija zraka - projektiranje kanala -opće preporuke pri projektiranju kanala: izbjegavati duge elastične kanale nedostatak odgovarajućih prijelaznih komada minimalizirati broj koljena balansirajuća zaklopka odgovarajući prijelazni komadi elastična veza između ventilatora i kanala ventilator s niskom razinom buke montiran na nosače koji prigušuju vibracije
Distribucija zraka - projektiranje kanala Atmosferski tlak Ukupni tlak Usisna strana (negativna) Statički tlak Tlačna strana (pozitivna) Kanal za vanjski zrak Odsisne rešetke Povratni kanal Filter Ventilator Izmjenjivač Ventilacijska jedinica Dobavni kanal Kondicionirani prostor (Atmosferski tlak) Stropni distributer
Oprema za distribuciju zraka - izlazne/odsisne rešetke - distributeri - perforirani strop
Oprema za distribuciju zraka Dobavni otvori za zrak Odsisni otvori za zrak